Принцип изменения сопротивления

January 21, 2012 by admin Комментировать »

Теперь, обсудив критерии согласования сопротивлений, уместно рассмотреть имеющиеся методы изменения выходного сопротивления, когда источник должен питать уже существующую нагрузку и критерий согласования не выполняется. Два примера будут иллюстрацией того, с какими проблемами при этом можно столкнуться.

1.    Нам нужно согласовать микрофон с 30-омным сопротивлением со входом малошумящего усилителя на биполярных транзисторах, подобного усилителю, приведенному на рис. 5.10. Входное сопротивление усилителя много больше, чем сопротивление микрофона, так что с передачей напряжения все в порядке. Однако для получения оптимального коэффициента шума нужно, чтобы рассматриваемое со стороны усилителя сопротивление источника находилось в пределах от 1 до 10 кОм. Поэтому нам необходимо преобразовать сопротивление 30-омного микрофона до величины порядка 5 кОм. Чтобы выполнить это, следует воспользоваться повышающим трансформатором.

2.  У нас имеется генератор с большим выходным сопротивлением, равным 10 кОм. Этот генератор необходимо использовать для тестирования ряда транзисторных усилителей с входными сопротивлениями из широкого диапазона от 1 до 20 кОм. Предположим, мы хотим на каждый усилитель по очереди подавать одно и то же напряжение сигнала, не производя изменений на выходе генератора. Мы должны преобразовать выходное сопротивление генератора так, чтобы его значение изменилось от 10 кОм до некоторой величины, не превышающей 100 Ом. В этом случае следует использовать эмиттерный повторитель.

Изменение сопротивления

с помощью трансформатора

Обычно трансформатор применяют для изменения переменных напряжений. Его использование для преобразования сопротивления лишь чуть менее очевидно. Рассмотрим трансформатор, изображенный на рис. 5.12. Здесь напряжение Кх, приложенное к первичной обмотке, повышается до большего по величине напряжения Квых. Ко вторичной обмотке подключена на-

Рис. 5.12. Трансформатор в качестве преобразователя напряжения.

грузка Rl, и по ней течет ток /вых. Отношение напряжений F ых / F х равно отношению числа витков:

где N{ — число витков в первичной обмотке, a N2 число витков во вторичной обмотке.

Теперь будет разумно предположить, что потери мощности в трансформаторе пренебрежимо малы, так что мощность в первичной обмотке равна мощности в цепи вторичной обмотки, то есть

 то есть

Таким образом, мы видим, что первичная обмотка трансформатора оказывает сопротивление, равное сопротивлению нагрузки во вторичной обмотке, деленному на квадрат отношения числа витков. Величину Rbx называют сопротивлением RL, пересчитанным в первичную обмотку.

Может показаться удивительным, что обмотка трансформатора, являющаяся по своей сути катушкой, ведет себя как сопротивление, а не как индуктивность. Это происходит потому, что в наших вычислениях мы неявно предполагали бесконечной собственную реактивность первичной обмотки, которую следовало бы включить параллельно с Rbx. Это оправданное допущение, когда у трансформатора достаточно большое число витков на вольт и подходящий сердечник, но существует предел в области низких частот, ниже которого эффективность (к.п.д.) трансформатора уменьшается из-за шунтирования первичной обмотки реактивностью.

Наше второе важное допущение неявно содержится в предположении, что отношение напряжений Увых / Увх в точности равно отношению числа витков п. Это имеет место, когда магнитный поток, создаваемый током вторичной обмотки, равен по величине и направлен в противоположную сторону по отношению к потоку, создаваемому током в первичной обмотке. Таким образом, результирующий поток в первичной катушке равен нулю, и никакой индукции от тока вторичной обмотки нет. На практике происходит некоторое рассеяние потоков, в результате чего возникают индуктивности рассеяния, которые оказываются включенными последовательно с первичной и вторичной обмотками; индуктивностями рассеяния можно пренебрегать, за исключением высоких частот, где они, совместно с емкостями обмоток, приводят к потерям и фазовым сдвигам, которыми определяется верхняя граница частотной характеристики трансформатора.

В подобном случае значение п выбирают между 1:10 и 1:15.

Подводя итог сказанному, видим, что трансформатор может преобразовать высоковольтный сигнал с малым током в низковольтный сигнал с большим током и наоборот. Вот почему происходит изменение сопротивления, а это, в частности, необходимо, когда источник слабого сигнала, такой как микрофон, должен быть согласован с усилителем для получения возможно лучшего отношения сигнал/шум. Если источник сигнала с сопротивлением Rs должен быть согласован с усилителем, которому необходимо оптимальное сопротивление источника Rbx, то требуемое отношение числа витков в трансформаторе равно:

Таким образом, в примере 1 из разд. 5.10, где нам желательно, чтобы 30-омный микрофон казался усилителю источником с сопротивлением 5000 Ом, необходим повышающий трансформатор с отношением числа витков, равным

Кроме правильного отношения числа витков, необходимо также, чтобы через трансформатор хорошо проходили сигналы в желаемом диапазоне частот и требуемой величины, что обеспечивается соответствующей величиной индуктивности первичной обмотки и пренебрежимо малыми индук- тивностями рассеяния.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты